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TU Berlin

Inhalt des Dokuments

Theoretische Physik VI (Vertiefung) : "Nichtlineare Dynamik und Kontrolle"

Lehrveranstaltung 3233 L 152 im Wintersemester 2012/2013

Vorlesung:
Prof. Dr. Eckehard Schöll, PhD

Übung:
Dipl. Phys. Judith Lehnert

Wahlpflichtveranstaltung oder Vertiefungsfach Nr. 3233 L 152 für Physik-Master-Studierende und Studierende anderer naturwissenschaftlicher Studiengänge.

Der Besuch dieser Lehrveranstaltung (VL+UE) entspricht 11 ECTS-Punkten.

Die Vorlesung kann auch als Wahlpflichtfach (8 SWS) mit der Spezialvorlesung Nichtlineare Laserdynamik (Dr. Kathy Lüdge) Nr. 3233 L 541 oder dem Seminar Nichtlineare Dynamik kombiniert werden. (12 ECTS-Punkte)


Zusammen mit der LV Theoretische Physik V: Quantenmechanik II ergibt sich das Pflichtmodul Theoretische Physik V/VI des Masterstudiengangs Physik.
grundlagenorientierte Studienrichtung: TP V und VI 
anwendungsorientierte Studienrichtung: TP V oder VI 

Die Vorlesung

Inhalt:

Inhaltsverzeichnis (PDF, 30,0 KB)

Dynamische Systeme und deterministisches Chaos, Kontrollkonzepte der nichtlinearen Dynamik, Chaoskontrolle, zeitverzögerte Rückkopplungsverfahren,Stabilitätsanalyse retardierter Differenzialgleichungen, gekoppelte Systeme und Netzwerke, Wechselspiel von Zeitverzögerung und Rauschen, Anwendung auf Laser und Neurodynamik.

Zeit und Ort:

Vorlesung (ab 18.10.2012):
Donnerstag, 10:00-12:00 Uhr, EW 203
Freitag, 10:00-12:00 Uhr, EW 203

Übung (ab 24.10.2012):
Mittwoch, 14:00-16:00 Uhr, EW 733

Die Anmeldung zur Übung erfolgt über Moses.

Scheinkriterien

  • 50% der Punkte aus den Übungszetteln (Abgabe in Dreiergruppen),
    aktive Teilnahme am Tutorium
  • Bearbeitung und Vorstellung eines Projektes (Projektvorstellung in der vorletzten Vorlesungswoche)

Wichtig:

Ab WS2012/2013 werden fast alle Scheine elektronisch übermittelt. Genauere Informationen dazu können dem pdf (PDF, 263,2 KB)entnommen werden.

Vorlesungsmitschrift

Datum Thema Skript Aufzeichnung*
18.10.12 Dynamische Systeme farbig, schwarzweiss Replay
19.10.12 Stabilitaet und Langzeitverhalten farbig, schwarzweiss Replay
25.10.12 Bifurkationen farbig, schwarzweiss Replay
26.10.12 Bifurkationen von Grenzzyklen farbig, schwarzweiss Replay
01.11.12 Bifurkation von Grenzzyklen farbig, schwarzweiss Replay
02.11.12 Chaos farbig, schwarzweiss Replay
08.11.12 Kontrollkonzepte farbig, schwarzweiss Replay
09.11.12 Chaoskontrolle farbig, schwarzweiss Replay
15.11.12 Adaptive Kontrolle farbig, schwarzweiss Replay
16.11.12 Optimale Kontrolle farbig, schwarzweiss Replay
22.11.12 Zeitverzoegerte Rueckkopplung farbig, schwarzweiss Replay
23.11.12 Stabilisierung von Fixpunkten farbig, schwarzweiss Replay
29.11.12 Stabilisierung periodischer Orbits farbig, schwarzweiss Replay
30.11.12 Kontrolle raum-zeitlicher Muster farbig, schwarzweiss Replay
06.12.12 Gekoppelte Oszillatoren farbig, schwarzweiss Replay
07.12.12 Netzwerke farbig, schwarzweiss Replay
13.12.12 Topologie des Netzwerkes farbig, schwarzweiss Replay
14.12.12 Synchronisation farbig, schwarzweiss Replay
20.12.12 Netzwerke aus Hopfnormalformen farbig, schwarzweiss Replay
21.12.12 Synchronisation in neuronalen Netzwerken farbig, schwarzweiss Replay
10.01.13 Rauschinduzierte Oszillationen und Kohaerenzresonanz farbig, schwarzweiss Replay
11.01.13 Rueckkopplungskontrolle von rauschinduzierten Oszillationen farbig, schwarzweiss Replay
17.01.13 Kontrolle der Kohaerenzresonanz farbig, schwarzweiss Replay
18.01.13 Rauschinduzierte Oszillationen in raum-zeitlichen Systemen farbig, schwarzweiss Replay
24.01.13 Kontrolle von Lasern farbig, schwarzweiss Replay
25.01.13 Rauschunterdrueckung im Laser farbig, schwarzweiss Replay
31.01.13 Zeitverzoegert gekoppelte Laser farbig, schwarzweiss Replay
01.02.13 Gekoppelte Neuronen farbig, schwarzweiss Replay
14.02.13 Kontrolle zeitverzoegert gekoppelter Neuronen farbig, schwarzweiss Replay
15.02.13 Chimera-Zustaende farbig, schwarzweiss Replay
* benötigt Java

Übungsblätter

Projekte

Die Projektbeschreibungen gibt es hier:   projekte.pdf (PDF, 150,9 KB)

Am Mittwoch, den 12.12., wird die Einteilung im Tutorium stattfinden.

Zeitplan Projektvorstellung:

Donnerstag 7.2.13
10:15-10:35

7 (Laser mit opt. Rückkopplung)
10:35-10:55
8 (Halbleiterlaser mit opt. Injektion)

10:55-11:15
6 (Chaoskontrolle in autonomen Laufrobotern)

11:15-11:35
2 (Odd-number limitation)                         

Freitag 8.2.13
10:15-10:35
1 (Master stability function)                      

10:35-10:55
2 (Synchronisation im Stromnetz)

10:55-11:15
3 (Chimera states)

Literatur

Grundlagen:

  • Steven H. Strogatz, Nonlinear Dynamics And Chaos: With Applications To Physics Biology, Chemistry And Engineering (Studies in Nonlinearity), Westview Press (2000)
  • Ed Ott, Chaos in dynamical systems, Cambridge Univ. Press (2002)
  • J. Argyris, G. Faust, M. Haase, R. Friedrich, Die Erforschung des Chaos, Springer (2010)
  • John Guckenheimer, Nonlinear oscillations, dynamical systems, and bifurcations of vector fields, Springer (1986)

 

Weiterführende Literatur:

  • Fatihcan M. Atay, Complex Time-Delay Systems, Springer (2010)
  • A. L. Fradkov, I. V. Miroshnik, V. O. Nikiforov, Nonlinear and adaptive control of complex systems, Kluwer (1999)
  • A. L. Fradkov, Cybernetical Physics: From Control of Chaos to Quantum Control, Springer, (2007)
  • Eckehard Schöll, Hans Georg Schuster, Handbook of chaos control (Second completely revised and enlarged edition) Wiley (2008)
  • Wolfram Just, Axel Pelster, Michael Schanz, Eckehard Schöll, Delayed Complex Systems: An Overview, Theme Issue of Phil. Trans. R. Soc. A 368, 303 (2010)
  • Lutz Schimansky-Geier, Bernold Fiedler, Jürgen Kurths, Eckehard Schöll, Analysis and control of complex nonlinear processes in physics, chemistry and biology, World Scientific (2007)
  • Thomas Erneux, Applied Delay Differential Equations, Springer (2009)
  • Crispin W. Gardiner, Handbook of stochastic method, Springer (2004)
  • Nicolas G. van Kampen, Stochastic processes in physics and chemistry, North-Holland Publ. (2008)
  • Ruslan L. Stratonovich, Topics in the Theory of Random Noise, Vols. I and II, Gordon and Breach (1963)
  • Alexander S. Mikhailov, Foundations of Synergetics I. Distributed Active Systems, Springer (1990)
  • James D. Murray, Mathematical Biology,Vol. 19 of Biomathematics Texts, Springer (1989)
  • Hermann Haken, Synergetics. Introduction and Advanced Topics, Springer (2004)
  • Jack K. Hale and Sjoerd M. Verduyn Lunel, Introduction to functional differential equations, Springer (1993)
  • Richard Bellman, and Kenneth L Cooke, Differential-difference equations, New York-London: Academic Press. (1963)
  • A. Bellen and M. Zennaro and A. Bellen, Numerical Methods for Delay Differential Equations, Oxford Univ Pr (2003)

Computer-Visualisierungen (OWL-Projekt)

Das Projekt Offensive Wissen durch Lernen (OWL) hat zum Ziel, Inhalte der Vorlesung anschaulich mit kleinen Java-Programmen darzustellen. Auch für die Nichtlineare Dynamik gibt es einige Applets.

Sprechzeiten

Sprechzeiten
Name
Raum
Tel.
Sprechzeiten
Prof. Eckehard Schöll
EW 735
314-23500
nach Vereinbarung
Dipl.Phys. Judith Lehnert
ER 246
314-29048
Mo 15-16

Zusatzinformationen / Extras

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